Khi có nhiều Piconet độc lập, có thể bị nhiễu trên một số kênh, những packet đó sẽ bị mất và được truyền lại. Nếu tín hiệu là tiếng nói (tín hiệu thoại ), chúng sẽ bị bỏ qua.
2.2.5. Kết nối theo kiểu ad hoc
Khơng có sự phân biệt giữa các radio units; nghĩa là khơng có sự phân biệt dựa vào vị trí hay khoảng cách. Kết nối ad hoc dựa vào sự liên lạc giữa các điểm, không cần thiết bị hỗ trợ kết nối giữa các thiết bị di động, không cần mạch điều khiển trung tâm cho các unit dựa vào để thiết lập kết nối. Trong Bluetooth, nó giống như một số lượng lớn các kết nối ad hoc cùng tồn tại trong một vùng mà không cần bất kỳ một sự sắp xếp nào, các network độc lập cùng tồn tại chồng chéo lên nhau.
2.2.6. Định nghĩa các liên kết vật lý trong Bluetooth
• Asynchronous connectionless (ACL): được thiết lập cho việc truyền dữ liệu, những gói dữ liệu cơ bản (primarily packet data). Là một kết nối point-tomultipoint
giữa Master và tất cả các Slave tham gia trong piconet. Chỉ tồn tại duy nhất một kết nối ACL. Chúng hỗ trợ những kết nối chuyển mạch gói (packet-switched connection)
đối xứng và khơng đối xứng. Những gói tin đa khe dùng ACL link và có thể đạt tới khả năng truyền tối đa 723 kbps ở một hướng và 57.6 kbps ở hướng khác. Master điều khiển độ rộng băng tầng của ACL link và sẽ quyết định xem trong một piconet một
slave có thể dùng băng tầng rộng bao nhiêu. Những gói tin broadcast truyền bằng ACL link, từ master đến tất cả các slave. Hầu hết các gói tin ACL đều có thể truyền lại.
• Synchronous connection-oriented (SCO): hỗ trợ kết nối đối xứng, chuyển mạch mạch (circuit-switched), point-to-point giữa một Master và một Slave trong 1 piconet. Kết nối SCO chủ yếu dùng để truyền dữ liệu tiếng nói. Hai khe thời gian liên tiếp đã được chỉ định trước sẽ được dành riêng cho SCO link. Dữ liệu truyền theo SCO link có tốc độ 64kbps. Master có thể hỗ trợ tối đa 3 kết nối SCO đồng thời. SCO packet không chứa CRC (Cyclic Redundancy Check) và không bao giờ truyền lại. Liên kết SCO được thiết lập chỉ sau khi 1 liên kết ACL đầu tiên được thiết lập.
2.2.7. Trạng thái của thiết bị Bluetooth
Có 4 trạng thái chính của 1 thiết bịBluetooth trong 1 piconet:
_ Inquiring device (inquiry mode): thiết bị đang phát tín hiệu tìm thiết bị
Bluetooth khác.
_ Inquiry scanning device (inquiry scan mode): thiết bị nhận tín hiệu inquiry của thiết bị đang thực hiện inquiring và trả lời.
_ Paging device (page mode): thiết bị phát tín hiệu yêu cầu kết nối với thiết bị đã inquiry từ trước.
_ Page scanning device (page scan mode): thiết bị nhận yêu cầu kết nối từ paging device và trả lời.
2.2.8. Các chế độ kết nối
_Active mode: trong chế độ này, thiết bị Bluetooth tham gia vào hoạt động của mạng. Thiết bị master sẽ điều phối lưu lượng và đồng bộ hóa cho các thiết bị slave.
_ Sniff mode: là 1 chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị đang ở trạng thái active. Ở Sniff mode, thiết bị slave lắng nghe tín hiệu từ mạng với tần số giảm hay nói cách khác là giảm cơng suất. Tần số này phụ thuộc vào tham số của ứng dụng. Đây là chế độ ít tiết kiệm năng lượng nhất trong 3 chế độ tiết kiệm năng lượng.
_ Hold mode: là 1 chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị đang ở trạng thái active. Master có thể đặt chế độ Hold mode cho slave của mình. Các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu ngay lập tức ngay khi thoát khỏi chế độ Hold mode. Đây là chế độ tiết kiệm năng lượng trung bình trong 3 chế độ tiết kiệm năng lượng.
_ Park mode: là chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị vẫn cịn trong mạng nhưng khơng tham gia vào quá trình trao đổi dữ liệu (inactive). Thiết bị ở chế độ Park mode bỏ địa chỉ MAC, chỉ lắng nghe tín hiệu đồng bộ hóa và thơng điệp broadcast của Master. Đây là chế độ tiết kiệm năng lượng nhất trong 3 chế độ tiết kiệm năng lượng.
2.3. Bluetooth Radio
2.3.1. Ad Hoc Radio Connectivity
Phần lớn hệ thống radio trong thương mại sử dụng ngày nay đều được dựa vào cấu trúc tế bào radio. Một mạng mobile thiết lập cơ sở hạ tầng bằng những sợi cáp kim loại theo dạng xương sống, dùng một hoặc nhiều trạm cơ sở đặt ở những vị trí chiến lược để sóng có thể phủ hết các tế bào; thiết bị sử dụng là những điện thoại có khả năng di chuyển, hoặc nói chung là những terminal di động, để sử dụng mobile network; những terminal này duy trì một kết nối với mạng thông qua một radio link đến các trạm cơ sở. Đây là liên kết chặt chẽ giữa trạm cơ sở và terminal. Khi một terminal đăng ký với mạng, nó sẽ giữ một kênh điều khiển, và kết nối sẽ đuợc thiết lập hoặc giải phóng theo nghi thức của kênh đó. Truy xuất kênh, chia kênh, điều khiển lưu thông và những sự can thiệp khác đều được điều khiển một cách gọn gàng bởi các trạm cơ sở. Chẳng hạn theo quy ước của hệ thống radio thì những hệ thống điện thoại công cộng như là Global System for Mobile Communications (GSM), D-AMPS, và IS-95 [1–3], nhưng cũng có những hệ thống tư nhân như hệ thống mạng cục bộ không dây (WLAN) dựa trên 802.11 hoặc HIPERLAN I và HIPERLAN II [4– 6], và hệ thống cordless như Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT) và Personal Handyphone System (PHS) [7,8].
Trái lại, trong hệ thống ad hoc thật sự thì khơng hề có sự khác biệt giữa các radio unit; tức là khơng hề có điểm khác biệt giữa các trạm cơ sở và terminal. Liên kết ad hoc tùy thuộc vào sự liên lạc giữa các thiết bị. Khơng có cơ sở hạ tầng là dây cáp kim loại hỗ trợ kết nối giữa các unit di động, khơng có thiết bị kiểm sốt trung tâm cho các unit dựa vào để tạo các quan hệ nối liền với nhau, cũng khơng có hỗ trợ việc sắp xếp truyền thơng. Thêm vào đó, ở đây khơng có sự can thiệp của người điều hành. Có thể mường tượng kịch bản của Bluetooth như thế này, nó có vẻ như là một số lượng lớn các kết nối ad hoc cùng tồn tại ở cùng một vùng mà khơng có bất cứ sự phối hợp
lẫn nhau nào. Đối với những ứng dụng Bluetooth, có nhiều mạng độc lập chồng chéo lên nhau trên cùng một vùng.
Hệ thống ad hoc radio chỉ được dùng trong vài trường hợp như hệ thống walky-
talky dùng bởi quân đội, cảnh sát, cứu hỏa, và những đội cứu hộ nói chung.Tuy nhiên, hệ thống Bluetooth là hệ thống ad hoc radio thương mại đầu tiên được dùng một cách rộng rãi và với quy mô lớn nơi công cộng.
2.3.2. Kiến trúc của hệ thống Bluetooth Radio
2.3.2.1. Radio Spectrum-Dãy sóng vơ tuyến
- Thứ nhất việc chọn lựa dãy sóng vơ tuyến phải được xác định mà khơng có người điều hành tác động. Dãy sóng phải được dùng nơi công cộng mà không cần phải đăng ký.
- Thứ hai, dãy sóng phải sãn sàng để dùng ở trên toàn thế giới. Những ứng dụng Bluetooth đầu tiên đặt mục tiêu là những doanh nghiệp đi du lịch, những người phải kết nối thiết bị di động của họ ở bất cứ nơi nào.
- Những quy định không giống nhau ở những nơi khác nhau trên thế giới. Tuy nhiên mục tiêu của họ là làm sao để bất kỳ người sử dụng nào cũng có quyền sử dụng tần số vơ tuyến đó một cách cơng bằng. Những quy luật nói chung quy định rõ sự phân bố của những tín hiệu được truyền đi và mức năng lượng tối đa được phép truyền. Do đó, đối với một hệ thống có thể hoạt động trên tồn cầu thì khái niệm tần số vơ tuyến được phép dùng phải là phần giao của các luật lệ.
2.3.2.2. Interference Immunity – Sự chống nhiễu
- Do băng tần miễn phí có thể được sử dụng bởi bất cứ một thiết bị phát nào, do đó việc chống nhiễu là vấn đề rất quan trọng. Phạm vi và khả năng nhiễu trong tần số ISM 2.45 GHz là khơng thể dự đốn trước được, bởi có rất nhiều thiết bị phát sử dụng sóng vơ tuyến ở trong băng tần này, đó có thể là thiết bị Bluetooth, thiết bị Wifi, ... và thậm chí cả lị vi sóng và một vài thiết bị phát sáng khác cũng phát ra sóng trong băng tần này.
- Sự chống nhiễu có được thực hiện nhờ vào việc ngăn chặn hoặc tránh đi. Ngăn chặn bằng cách dàn trải những chuỗi hoặc mã (coding or directsequence spreading).
- Sự ngăn chặn có thể được thực hiện bằng cách viết code hoặc chia tần số thành các dãy liên tục. Tuy nhiên, phạm vi các dãy tần động của các tín hiệu được can thiệp trong một mơi trường sóng đặc biệt, liên tục có thể rất rộng. Phân chia theo thời gian có thể là một lựa chọn nếu như xảy ra sự gián đoạn trong các nhịp tần số của sự phân chia theo thời gian. Việc phân chia trên tần số có khả năng hơn. Trong khi tần số 2.45 GHz có thể cung cấp băng thông khoảng 80 MHz và băng thông của hầu hết các hệ thống radio đều bị giới hạn, một số phần quang phổ của sóng radio có thể được sử dụng mà không gặp bất cứ trở ngại nào. Việc lọc trên các vùng băng tần sẽ giúp ngăn nhiễu ở những phần khác của dãy sóng radio. Bộ lọc ngăn chặn có thể dễ dàng đạt đến tần số 50 dB hoặc hơn nữa.
2.3.2.3. Multiple Access Scheme_Phối hợp đa truy cập
- Việc lựa chọn sự phối hợp đa truy cập cho một hệ thống vô tuyến ad hoc được điều khiển bởi những luật lệ của dãy tầng ISM và thiếu sự phối hợp (lack of
coordination)
- Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) đã thu hút những hệ thống ad hoc do kênh trực giao chỉ trả lời đúng tần số của máy tạo dao động tương ứng trên các băng tần khác nhau. Phối hợp với việc phân chia kênh truyền một cách thích ứng và năng động thì việc nhiễu có thể tránh khỏi. Đáng tiếc FDMA cơ bản lại không đáp ứng hết nhu cầu lan rộng có trong dãy ISM.
- Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) đòi hỏi sự đồng bộ về thời gian vô cùng khắc khe ở kênh trực giao. Đối với nhiều liên kết ad hoc được sắp xếp ở một chỗ, việc duy trì sự tham chiếu khung thời gian trở nên khá cồng kềnh.
- Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) tỏ ra là đặc tính tốt nhất cho hệ thống vơ tuyến ad hoc khi nó quy định sự phân bổ và đề cập đến những hệ thống rời rạc.
- Direct sequence (DS)-CDMA khơng thu hút bằng vì vấn đề gần xa, nó địi hỏi kiểm sốt năng lượng lẫn nhau hoặc tăng thêm xử lý thừa. Thêm vào đó, như TDMA, kênh trực giao DS-CDMA cũng quy định việc tham chiếu khung thời gian. Cuối cùng, đối với những user cao cấp thì những loại chip khá đắt đã được dùng đến nhưng khơng thu hút lắm vì băng thơng rộng (tránh nhiễu) và sự tiêu thụ hiện tại ngày càng tăng.
- Nhảy tần số (FH)-CDMA kết hợp một số những đặc tính để trở thành chọn lựa tốt nhất cho hệ thống vơ tuyến ad hoc. Trung bình một tín hiệu có thể trải ra trên một dãy tần số lớn, nhưng ngay lúc đó chỉ có một dải băng thơng nhỏ được sử dụng, tránh được hầu hết khả năng nhiễu trong dãy ISM. Bước nhảy của sóng mang là trực giao, và việc nhiễu trên những bước sóng kế nhau có thể bị ngăn chặn bởi bộ lọc. Việc phối hợp những bước sóng có thể sẽ khơng trực giao( dù sao việc phối hợp lẫn nhau giữa các bước sóng khơng được cho phép theo luật FCC ), nhưng băng thông hẹp và việc nhiễu khi người dùng chung (co-user) chỉ bị xem như là gián đoạn ngắn trong việc truyền tin, một việc có thể được khắc phục bằng giải pháp dùng những nghi thức ở tầng cao hơn.
- Bluetooth dựa vào kỹ thuật FH-CDMA- các packet được truyền trên những tần số khác nhau. Trong dãy tầng ISM 2.45 GHz, định nghĩa một bộ 79 bước nhảy, mỗi bước nhảy cách nhau 1MHz. Việc truyền nhận sử dụng các khe thời gian. Chiều dài 1 khe thời gian thơng thường là 625µs. Một số lớn những cách phối hợp bước nhảy được tạo ra ngẫu nhiên nhưng chỉ cách phối hợp đặc biệt được định nghĩa bởi một unit gọi là master mới kiểm soát kênh nhảy tần số. Một đồng hồ của master unit cũng định nghĩa một chu kỳ bước nhảy. Tất cả những unit khác đều gọi là slave, chúng dùng sự đồng nhất của master để chọn bước nhảy giống nhau và cộng thêm khoảng thời gian gián đoạn vào đồng hồ tương ứng của chúng để đồng bộ hoá việc nhảy tần số. Trong lĩnh vực thời gian, các kênh được chia thành những slot. Một slot tương ứng với một khoảng thời gian tối thiểu là 625 s. Để thực hiện đơn giản, truyền tin song công được thực hiện bằng cách áp dụng timedivision duplex (TDD). Điều này có nghĩa là một unit sẽ lần lượt phát và nhận. Chia cắt việc phát và nhận thực sự ngăn chặn được nhiễu xuyên âm giữa quá trình phát và nhận trong máy thu phát vô tuyến. Từ khi việc phát và nhận đặt ở những time slot khác nhau thì chúng cũng được đặt ở những bước nhảy
khác nhau.
2.4. Kĩ thuật trải phổ nhảy tần trong công nghệ Bluetooth 2.4.1. Khái niệm trải phổ trong công nghệ không dây 2.4.1. Khái niệm trải phổ trong công nghệ không dây
- Trong truyền thơng bằng sóng radio cổ điển, người ta chỉ dùng một tần số để truyền dữ liệu, nhưng khả năng mất dữ liệu là rất lớn do tần số này có thể bị nhiễu, mặt khác tốc độ truyền sẽ không cao.
- Truyền thơng trải phổ là kỹ thuật truyền tín hiệu sử dụng nhiều tần số cùng
1 lúc (DSSS-Direct Sequence Spread Spectrum) hoặc luân phiên
(FHSSFrequency Hopping Spread Spectrum) để tăng khả năng chống nhiễu, bảo mật và tốc độ truyền dữ liệu.
- Trải phổ nhảy tần số là kỹ thuật phân chia giải băng tần thành một tập hợp các kênh hẹp và thực hiện việc truyền tín hiệu trên các kênh đó bằng việc nhảy tuần tự qua các kênh theo một thứ tự nào đó.